Структурная нагрузка — это сила, деформация или ускорение, приложенные к элементам конструкции. Нагрузка вызывает напряжение, деформацию и смещение в конструкции. Структурный анализ, дисциплина в инженерном деле, анализирует влияние нагрузок на конструкции и конструктивные элементы. Избыточная нагрузка может привести к разрушению конструкции, поэтому это следует учитывать и контролировать при проектировании конструкции. Различные типы нагрузок могут вызывать напряжение, смещение, деформацию конструкции, что приводит к структурным проблемам и даже разрушению конструкции. Определение общей нагрузки, действующей на конструкцию, очень важно и сложно.
Различные типы нагрузок
Нагрузки в зданиях и сооружениях могут быть классифицированы как вертикальные нагрузки, горизонтальные нагрузки и продольные нагрузки. Вертикальные нагрузки состоят из мертвой нагрузки, нагрузки под напряжением и ударной нагрузки. Горизонтальные нагрузки состоят из ветровой нагрузки и сейсмической нагрузки. Продольные нагрузки, т.е. тяговые и тормозные усилия, учитываются в особых случаях проектирования. Оценка различных действующих нагрузок должна быть рассчитана точно. Индийский стандартный код: 875-1987, а американский стандартный код ASCE 7: Минимальные расчетные нагрузки для зданий и других сооружений определяет различные расчетные нагрузки для зданий и сооружений. Каждый из них обсуждается ниже.
Мертвая нагрузка
Мертвые нагрузки, также известные как постоянные или статические нагрузки, — это те, которые остаются относительно постоянными с течением времени и включают, например, вес конструктивных элементов здания, таких как балки, стены, крыша и конструктивные элементы настила. Остаточные нагрузки могут также включать постоянные неструктурные перегородки, неподвижные приспособления и даже встроенные шкафы. Остаточные нагрузки включают вес конструкции или других неподвижных элементов до того, как будут приняты во внимание какие-либо нагрузки под напряжением. Действующие нагрузки добавляются к фактической нагрузке, чтобы получить общую нагрузку, действующую на конструкцию. Расчет фактических нагрузок каждой конструкции рассчитывается по объему каждой секции и умножается на вес единицы материала.
Нагрузка под напряжением
«Живая нагрузка» — это термин гражданского строительства, обозначающий нагрузку, которая может меняться со временем. Вес груза непостоянен или меняется в зависимости от местоположения, например, когда люди ходят по зданию. Все в здании, что не закреплено на конструкции, может привести к возникновению нагрузки под напряжением, поскольку его можно перемещать. Нагрузки под напряжением учитываются при расчете гравитационной нагрузки конструкции. Они измеряются в фунтах на квадратный фут. Минимальные требования к нагрузке под напряжением основаны на ожидаемой максимальной нагрузке. Действующая нагрузка может быть выражена либо как равномерно распределенная нагрузка (UDL), либо как нагрузка, действующая на сосредоточенную область (точечная нагрузка). В конечном итоге она может быть учтена при расчете гравитационных нагрузок.
Ветровая нагрузка
Ветровые нагрузки могут создаваться движением воздуха относительно конструкции, и анализ основывается на понимании метеорологии и аэродинамики, а также конструкций. Ветровая нагрузка может не представлять серьезной проблемы для небольших, массивных зданий низкого уровня, но она приобретает все большее значение с ростом высоты, использованием более легких материалов и использованием форм, которые могут влиять на поток воздуха, обычно это формы крыши. Там, где собственного веса конструкции недостаточно, чтобы противостоять ветровым нагрузкам, могут потребоваться дополнительные конструкции и крепления. При проектировании конструкций необходимо учитывать ветровую нагрузку, особенно когда высота здания в два раза превышает размеры поперек открытой ветру поверхности.
Расчетные ветровые нагрузки для зданий и других сооружений должны определяться в соответствии с одной из следующих процедур:
- Метод 1 – Упрощенная процедура для малоэтажных зданий с простой диафрагмой
- Метод 2 – Аналитическая процедура для зданий и конструкций правильной формы
- Метод 3 – Процедура в аэродинамической трубе для геометрически сложных зданий и конструкций
Снеговая нагрузка
Это нагрузка, которая может быть вызвана скоплением снега и вызывает большую озабоченность в географических регионах, где снегопады могут быть обильными и частыми. Может накапливаться значительное количество снега, создавая значительную нагрузку на конструкцию. Форма крыши является особенно важным фактором, влияющим на величину снеговой нагрузки. Существует множество переменных, участвующих в определении веса снега:
- СОДЕРЖАНИЕ ВЛАГИ
- НАКОПЛЕНИЕ:
- РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
- КОЛЕБАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
Сейсмическая нагрузка
Сейсмическая нагрузка возникает из-за силы инерции, создаваемой в здании из-за сейсмических возбуждений. Сила инерции зависит от массы. Большая масса конструкции будет означать, что сейсмическая нагрузка также будет высокой. Когда сейсмическая нагрузка превышает момент сопротивления, оказываемый стихией, конструкция разрушается или повреждается. Величина сейсмической нагрузки зависит от веса здания, динамических свойств здания и разницы в жесткости соседних этажей, а также от интенсивности и продолжительности землетрясения. Сейсмическая нагрузка действует на поверхность конструкции, расположенной на земле, или на соседнее здание. Здания в зонах сейсмической активности должны быть тщательно проанализированы и спроектированы, чтобы гарантировать, что они не рухнут в случае землетрясения.
Сейсмическая нагрузка зависит от следующих факторов;
- Сейсмическая опасность
- Параметр конструкции
- Гравитационная нагрузка.
Комбинация нагрузок
Комбинация нагрузок возникает, когда на конструкцию воздействует более одного типа нагрузки. Строительные нормы обычно определяют различные комбинации нагрузок вместе с коэффициентами нагрузки (утяжелителями) для каждого типа нагрузки, чтобы обеспечить безопасность конструкции при различных сценариях максимальной ожидаемой нагрузки.
Специальные нагрузки
Тепловая нагрузка – Нагрузки возникают, когда материалы расширяются или сжимаются при изменении температуры, и это может оказывать значительное воздействие на конструкцию.
Расчетная нагрузка – Когда одна часть здания оседает больше, чем другие части, возникает нагрузка такого типа.
Нагрузки от наводнений – Они вызваны наводнением и попаданием воды в фундамент, что приводит к коррозии.
Нагрузка на почву и текучую среду – Она возникает из-за чрезмерного расхода воды в почве, что влияет на плотность почвы.
Заключение
Установив нагрузки, инженеры-строители могут спроектировать всю конструкцию. Использование таблиц размеров строительных норм и соответствующих размеров конструктивных элементов с правильным расчетом нагрузки может в значительной степени определить устойчивость здания.